一种管材与管材焊接结构的扩散焊接方法
【专利摘要】本发明公开了一种管材与管材焊接结构的扩散焊接方法，按下述步骤进行：①将待焊件尺寸进行前处理，所述待焊件包括带盲孔的钢基体、带锥孔的铜棒和锥形压柱；②将钢基体和铜棒的焊接表面依次进行汽油浸泡超声波处理、吹干、酸洗超声波处理、水冲洗、无水乙醇浸泡超声波处理、吹干；③采用镍箔作为焊接过渡层材料，将带锥孔的铜棒旋入钢基体的盲孔内，再将锥形压柱放入锥孔内；④将装配后的焊接组件放入焊接炉膛中进行扩散焊接；⑤将焊接件加工成具有内孔的管材，最后用对焊方法使管材与管材焊接结构长度达到所需长度。本发明可实现管材与管材之间的复杂焊接结构，并能获得理想的焊接接头。
【专利说明】一种管材与管材焊接结构的扩散焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种异种材料的扩散焊接，特别是一种管材与管材焊接结构的扩散焊接方法。
【背景技术】
[0002]扩散焊接技术出现于上世纪60年代初，随着我国航空技术的发展，在该领域的应用越来越广泛，但由于受到焊接结构的限制，其应用范围往往只局限于一些较简单的焊接结构，例如，板材焊接结构的扩散焊接。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于，提供一种管材与管材焊接结构的扩散焊接方法。本发明可实现管材与管材之间的复杂焊接，能保证接头剪切强度。
[0004]本发明的技术方案:一种管材与管材焊接结构的扩散焊接方法，其特征在于，按下述步骤进行:
[0005]①将待焊件尺寸进行前处理，所述待焊件包括带盲孔的钢基体、带锥孔的铜棒和锥形压柱；
[0006]②将钢基体和铜棒的焊接表面依次进行汽油浸泡超声波处理、吹干、酸洗超声波处理、水冲洗、无水乙醇浸泡超声波处理、吹干；
[0007]③采用镍箔作为焊接过渡层材料，将带锥孔的铜棒旋入钢基体的盲孔内，再将锥形压柱放入锥孔内；
[0008]④将装配后的焊接组件放入焊接炉膛中进行扩散焊接；
[0009]⑤将焊接件加工成具有内孔的管材，最后用对焊方法使管材与管材焊接结构长度达到所需长度。
[0010]前述的管材与管材焊接结构的扩散焊接方法中，所述步骤①为:所述钢基体的盲孔孔底到端面的壁厚不大于5mm，孔面粗糙度Ra0.8，钢基体两端面的平行度为0.02mm ；所述铜棒锥孔的锥度为6°，锥孔孔面粗糙度不大于Ral.6 ;所述的锥形压柱的长度大于铜棒锥孔深度1±0.1mm，锥形压柱的孔口装配余高为4mm，锥形压柱的锥面粗糙度不大于Ral.6o
[0011]前述的管材与管材焊接结构的扩散焊接方法中，所述步骤②为:将钢基体孔朝下放置在180号溶剂油中浸泡后超声波处理，将钢基体用吹风机吹干，再在15%的盐酸溶液中酸洗处理，处理后期进行超声波处理，最后依次进行用纯净水冲洗干净、放入无水乙醇中浸泡超声I分钟、吹干；将铜棒在180号溶剂油中浸泡后超声波处理，再用吹风机吹干，再在20%的硝酸溶液中酸洗处理，再用水刷洗去除其表面生成物，然后再将其放入15%盐酸溶液中酸洗处理，处理后期进行超声波处理，最后依次进行用纯净水冲洗干净、放入无水乙醇中浸泡超声I分钟、吹干。
[0012]前述的管材与管材焊接结构的扩散焊接方法中，所述的步骤③为:采用镍箔作为焊接过渡层材料，将其裁剪为一边等于钢基体的盲孔深，另一边大于盲孔周长的长方形，然后以孔深长度的边为高在直径小于孔径的木棒一端卷成圆柱形状放入孔中，用木棒在盲孔中贴合孔面作圆周运动，使得镍箔与孔面贴合，再将准备好的铜棒旋入孔中，使镍箔与孔表面具有贴合力，铜棒旋入孔后与孔壁之间会形成完整的中间镍层过渡，再将锥形压柱放入铜棒锥孔内。
[0013]前述的管材与管材焊接结构的扩散焊接方法中，所述的步骤④为:通过焊接设备上、下压轴对焊接组件进行轴向加压来进行扩散焊接；其中，装炉时应尽量保证上、下压轴与焊接组件同轴。
[0014]前述的管材与管材焊接结构的扩散焊接方法中，所述的步骤④中的扩散焊接的焊接温度为830°C，焊接保温时间1.5h，焊接压力为1.5kgf/mm2。
[0015]前述的管材与管材焊接结构的扩散焊接方法中，所述的步骤③中的镍箔用汽油浸泡5分钟后超声2分钟吹干，再用无水乙醇浸泡2分钟吹干。
[0016]前述的管材与管材焊接结构的扩散焊接方法中，所述步骤⑤中的对焊方法是采用闻频钎焊。
[0017]与现有技术相比，本发明将待焊件焊前处理后进行除油除锈处理，还采用纯镍箔作为焊接过渡层材料，最后用轴向施压方法在炉膛内进行常规扩散焊接，能够100%获得理想的焊接接头。本发明通过接头剪切强度测试，接头剪切强度大于200兆帕；超声波检测焊接缺陷当量，从而实现管材与管材之间焊接缺陷的定量检测，由此还能保证焊接质量。本发明通过在铜棒上加工一个锥孔，再加工一个锥型压柱与之形成焊接配合。力作用在压柱端面上时，压柱锥面与铜棒锥孔面发生作用，该作用最终使得带锥孔铜棒产生径向膨胀变形。变形达到一定程度时，铜棒圆柱面与钢基体孔壁产生相互挤压的作用，该作用在一定范围内随作用在压柱端面的力而变化，可调。在焊接过程中随着温度的上升，材料产生热膨胀，会更进一步的提高铜棒与钢基体盲孔面之间的焊接挤压力，本发明通过该焊接结构方法，使得铜棒与钢基体盲孔面之间不仅能实现充分的焊接挤压，而且这种挤压力还可调节，方便控制。总之，本发明通过焊面焊前处理、锥形压柱与带锥孔铜棒的配合余高控制、以镍箔作为焊接过渡层等方法，使得钢基体盲孔面和铜棒焊接面之间达到理想的扩散焊接条件，从而实现了管材与管材之间的复杂焊接结构，拓宽了业内常规扩散焊在复杂焊接结构件上的应用思路。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明的焊件装配图；
[0019]图2是本发明装配状态示意图；
[0020]图3是本发明的焊接示意图；
[0021]图4是本发明焊接后的零件加工流程图；
[0022]图5是对焊示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
[0024]实施例。一种管材与管材焊接结构的扩散焊接方法，例如，所述钢基体是40CrNiMoA材料，所述铜棒是QSn6.5-0.1Y材料，要实现的管材和管材焊接结构外形尺寸为Φ30 X 500mm,外管为钢材,厚度4mm,内管为铜材，厚度3mm。
[0025]按下述步骤进行:
[0026]①将待焊件尺寸进行前处理，所述待焊件包括带盲孔的钢基体、带锥孔的铜棒和锥形压柱；
[0027]②将钢基体和铜棒的焊接表面依次进行汽油浸泡超声波处理、吹干、酸洗超声波处理、水冲洗、无水乙醇浸泡超声波处理、吹干；
[0028]③采用镍箔作为焊接过渡层材料，将带锥孔的铜棒旋入钢基体的盲孔内，再将锥形压柱放入锥孔内；
[0029]④将装配后的焊接组件放入焊接炉膛中进行扩散焊接；
[0030]⑤将焊接件按要实现的焊接结构尺寸进行加工成具有内孔的管材，最后用对焊方法使管材与管材焊接结构长度达到500mm。
[0031]具体为:所述步骤①为:所述钢基体直径为Φ 50mm，其盲孔直径为Φ 22mm，钢基体的盲孔孔底到端面的壁厚不大于5mm，孔面粗糙度Ra0.8 (不能采用研磨方式)，钢基体两端面的平行度为0.02mm;所述铜棒外形结构尺寸由与其相配合的钢基体孔尺寸所决定的(保证铜棒与孔之间的配合间隙在0.04-0.06mm之间)，长度与孔深相等为65mm，铜棒锥孔的锥度为6°，锥孔大端面直径为Φ 15mm，锥孔孔面粗糙度不大于Ral.6;所述的锥形压柱的长度大于铜棒锥孔深度1±0.1mm，锥形压柱的孔口装配余高为4mm，锥形压柱的锥面粗糙度不大于Ral.6。所述步骤②为:将钢基体孔朝下放置在180号溶剂油中浸泡后超声波处理，将钢基体用吹风机吹干，再在15%的盐酸溶液中酸洗处理，处理后期进行超声波处理(具体是在酸洗槽酸洗后，接着在酸洗槽内进行超声波处理)，最后依次进行用纯净水冲洗干净、放入无水乙醇中浸泡超声I分钟、吹干；将铜棒在180号溶剂油中浸泡后超声波处理，再用吹风机吹干，再在20%的硝酸溶液中酸洗处理，再用水刷洗去除其表面生成物，然后再将其放入15%盐酸溶液中酸洗处理，处理后期进行超声波处理，最后依次进行用纯净水冲洗干净、放入无水乙醇中浸泡超声I分钟、吹干。所述的步骤③为:采用镍箔作为焊接过渡层材料，将其裁剪为一边等于钢基体的盲孔深，另一边大于盲孔周长的长方形，然后以孔深长度的边为高在直径小于孔径的木棒一端卷成圆柱形状放入孔中，用木棒在盲孔中贴合孔面作圆周运动，使得镍箔与孔面贴合，再将准备好的铜棒旋入孔中，使镍箔与孔表面具有贴合力，铜棒旋入孔后与孔壁之间会形成完整的中间镍层过渡，再将锥形压柱放入铜棒锥孔内。所述的步骤④为:通过焊接设备上、下压轴对焊接组件进行轴向加压来进行扩散焊接；其中，装炉时应尽量保证上、下压轴与焊接组件同轴，同时用石墨纸将其与之接触的物体隔开后进行扩散焊接。所述的步骤④中的扩散焊接的焊接温度为830°C，焊接保温时间1.5h，焊接压力为1.5kgf/mm2。所述的步骤③中的镍箔用汽油浸泡5分钟后再超声处理2分钟，接着吹干，再用无水乙醇浸泡2分钟吹干。所述步骤⑤中的对焊方法是采用高频钎焊。
[0032]步骤①中的待焊件为钢基体、带锥孔的铜棒、锥形压柱；步骤④中的焊接组件为钢基体、镍箔、带锥孔的铜棒、锥形压柱，步骤⑤中焊接件为扩散焊好了的焊接组件。
[0033]实施例中所提及的尺寸均为参考尺寸，但并不作为对本发明限制的依据。
【权利要求】
1.一种管材与管材焊接结构的扩散焊接方法，其特征在于，按下述步骤进行: ①将待焊件尺寸进行前处理，所述待焊件包括带盲孔的钢基体、带锥孔的铜棒和锥形压柱； ②将钢基体和铜棒的焊接表面依次进行汽油浸泡超声波处理、吹干、酸洗超声波处理、水冲洗、无水乙醇浸泡超声波处理、吹干； ③采用镍箔作为焊接过渡层材料，将带锥孔的铜棒旋入钢基体的盲孔内，再将锥形压柱放入锥孔内； ④将装配后的焊接组件放入焊接炉膛中进行扩散焊接； ⑤将焊接件加工成具有内孔的管材，最后用对焊方法使管材与管材焊接结构长度达到所需长度。
2.根据权利要求1所述的管材与管材焊接结构的扩散焊接方法，其特征在于，所述步骤①为:所述钢基体的盲孔孔底到端面的壁厚不大于5mm，孔面粗糙度Ra0.8，钢基体两端面的平行度为0.02mm ;所述铜棒锥孔的锥度为6°，锥孔孔面粗糙度不大于Ral.6 ;所述的锥形压柱的长度大于铜棒锥孔深度I ±0.1mm,锥形压柱的孔口装配余高为4mm，锥形压柱的锥面粗糙度不大于Ral.6。
3.根据权利要求1所述的管材与管材焊接结构的扩散焊接方法，其特征在于，所述步骤②为:将钢基体孔朝下放置在180号溶剂油中浸泡后超声波处理，将钢基体用吹风机吹干，再在15%的盐酸溶液中酸洗处理，处理后期进行超声波处理，最后依次进行用纯净水冲洗干净、放入无水乙醇中浸泡超声I分钟、吹干；将铜棒在180号溶剂油中浸泡后超声波处理，再用吹风机吹干，再在20%的硝酸溶液中酸洗处理，再用水刷洗去除其表面生成物，然后再将其放入15%盐酸溶液中酸洗处理，处理后期进行超声波处理，最后依次进行用纯净水冲洗干净、放入无水乙醇中浸泡超声I分钟、吹干。
4.根据权利要求1所述的管材与管材焊接结构的扩散焊接方法，其特征在于，所述的步骤③为:采用镍箔作为焊接过渡层材料，将其裁剪为一边等于钢基体的盲孔深，另一边大于盲孔周长的长方形，然后以孔深长度的边为高在直径小于孔径的木棒一端卷成圆柱形状放入孔中，用木棒在盲孔中贴合孔面作圆周运动，使得镍箔与孔面贴合，再将准备好的铜棒旋入孔中，使镍箔与孔表面具有贴合力，铜棒旋入孔后与孔壁之间会形成完整的中间镍层过渡，再将锥形压柱放入铜棒锥孔内。
5.根据权利要求1所述的管材与管材焊接结构的扩散焊接方法，其特征在于，所述的步骤④为:通过焊接设备上、下压轴对焊接组件进行轴向加压来进行扩散焊接；其中，装炉时应保证上、下压轴与焊接组件同轴。
6.根据权利要求5所述的管材与管材焊接结构的扩散焊接方法，其特征在于:所述的步骤④中的扩散焊接的焊接温度为830°C，焊接保温时间1.5h，焊接压力为1.5kgf/mm2。
7.根据权利要求1所述的管材与管材焊接结构的扩散焊接方法，其特征在于:所述的步骤③中的镍箔用汽油浸泡5分钟后超声2分钟吹干，再用无水乙醇浸泡2分钟吹干。
8.根据权利要求1-7任一权利要求所述的管材与管材焊接结构的扩散焊接方法，其特征在于:所述步骤⑤中的对焊方法是采用高频钎焊。
【文档编号】B23K20/16GK104070284SQ201410327952
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】夏国金, 唐江, 万登攀 申请人:中航力源液压股份有限公司